寻找新的P＆A替代方案

Interwell的铝热屏障技术（图片：Interwell）

P＆A的范围很大，挑战也多种多样。这也是一项不断增加的活动。 2017年，随着油田寿命的临近，英国北海废弃的油井数量首次增加（约160口），而新钻的油井数量（不到100口）却减少了。在未来的十年中，预计将有1400口井被堵塞和废弃。这是一项昂贵的尝试，没有经济回报。

英国石油天然气管理局（OGA）的UKCS退役2019成本估算报告称，P＆A活动估计占退役成本的44％（低于2016年的48％）。希望可以减少35％的费用。正在取得进展。 《成本估算报告》说，P＆A成本得益于所需工作范围的改善和更好的执行实践，而海底井得益于周期性的钻机/容器率低。但是，成本仍然在波动，必须做更多的事情并且可以做。

石油和天然气技术中心（OGTC）是位于阿伯丁的负责技术开发的公共资助机构，目前正在支持各种项目。 OGTC的油井建设解决方案中心经理Malcolm Banks说：“废弃工作的数量在增加，范围非常重要。 （OGTC成立于2016年，这是业界希望我们解决的第一个领域。）主要目标是朝着无钻废弃技术，减少涉及范围和替代性阻隔材料，取代长水泥塞的方向发展。反过来会减少范围和对钻机的依赖。

班克斯说：“从历史上看，水泥一直是默认值，但这并不完美。”在较长的井段将其安装到位可能既费时又充满挑战。 “因此，工业界正在寻找替代方案以及经济可行的解决方案。”目标是使塞子更快，更容易放置，其完整性至少与水泥一样好。这也意味着寻找更简单的方法来设置障碍。班克斯说：“从历史上看，这意味着要拆除整个管子，完井并切割和拉动套管，这可能需要数周的时间。” “因此，我们正在研究如何通过热或机械方法切割或去除部分。

“另一个挑战是了解井的状况，完整性和周围的地质情况。许多井已经移交了三到四次，信息丢失了。但是，这些信息可以帮助降低风险和不确定性。因此，我们正在考虑廉价的内部调查，并使用数据和数据分析法进行建模以降低风险和不确定性。”

Spirit Energy已在英国陆上和海上试用铝热塞。 （照片：精神能量）

田间试验
许多项目处于现场试验阶段。例如，OGTC支持由运营商Spirit Energy of thermite进行的两次现场试验（一种金属粉末和金属氧化物的烟火成分），作为通过燃烧管状物和套管到达地层岩石形成屏障的一种方式。这些见证了挪威公司Interwell的铝热技术在2018年在英国的Caythorpe的一口井中使用，以及今年早些时候在北海南部的Audrey平台中使用的铝热剂技术。

OGTC也正在与BP支持的BiSN合作，寻求将合格的铋合金用作阻挡层材料，然后进行潜在部署。据《海洋工程师》（2019年1月）报道，总部位于英格兰的BiSN使用的铋合金是通过铝热剂加热器熔化的。凝固时，铋合金具有独特之处在于它会膨胀。正如我们在一月份报道的那样，BiSN在元素周期表中的名称来源于铋的Bi和锡的Sn，锡已经在挪威与Aker BP进行了试验。另一家研究合金用途的公司是由Interwell前董事总经理安德鲁·劳登（Andrew Louden）领导的基于Aberdeen的Isol8，该公司通过电线或钢丝上的油管进行布设，并与井下的铝热剂一起用作水泥的替代品。 Isol8还与OGTC合作，并寻求现场试用机会。

另外，英国的拉特沃特（Rawwater）正在开发膨胀的铋合金作为密封元素。该公司与铋的合作（被称为“熔融金属操纵”）可以追溯到2000年，当时该材料已在试验设备中用于模拟核潜艇冷却回路。同年与一家石油专业公司举行会议之后，该公司将注意力集中在P＆A上，该公司使用了由加拿大公司SealWell开发的用于稠油提取的电动井下加热器，并利用井下遥测技术来控制加热。 Rawwater董事总经理Bob Eden教授说，最终在2010年在艾伯塔省的油井中安装了两个试验塞，该公司从那时起就继续进行这项技术的研究，并进行了一系列研究项目。首先是针对4英寸的塞子，它们被部署在陆上，但随后的压力测试却受到套管通孔腐蚀的阻碍。壳牌，耐克森，Equinor和ConocoPhillips支持在OTM以及英国的工业技术促进者的合作下，第二次针对7英寸插头的海上部署，重点是铋合金冶金学，以实现3,000年的预期寿命。 2016年，该公司与石油和天然气创新中心（OGIC）和阿伯丁大学合作，启动了一个创新英国项目，致力于开发用于中高温井的高温合金。

2010年，Rawwater在艾伯塔省岸上设置了铋塞。 （照片：原水）

该项目最近完成，结果是两种合金，分别为80和150的抗蠕变性能，以及在酸性环境下的抗腐蚀性能的合金80和150。两种合金均通过了必维国际检验集团的认证，符合3000年的使用寿命要求。 Rawwater最近与总部位于英国的工程咨询公司Astrimar建立了合作伙伴关系，并在该公司位于英国Culcheth的工厂进行车间测试后，正在寻找合作伙伴进行试验部署。同时，生水继续推进技术来密封核设施中的微裂纹。

有些人认为水泥还不够。 Encompass ICOE的Brian Smart教授是爱丁堡的一家面向离岸行业的健康，安全和环境资源，他说：“我们认为，水泥长期不能作为堵塞材料，其公认的一个原因是其化学劣化。其对地面运动的反应的另一个原因（例如储层沉陷或储层充注时发生反转）会给刚性水泥施加压力，使其破裂并破坏其整体性，如堵塞。来自同一组织的Richard Stark说：“问题之一是，关于原位插头劣化的信息很少。但是，由于钢的腐蚀或水泥完整性的丧失，每个盆地都出现了完整性问题。有了这两种材料，这就是未来的发展方向。”

他们有一个替代塞子的想法：快速黏土。它是一种天然存在的粘土（在斯堪的纳维亚半岛和北美洲发现），多年来使用的盐石或盐使它形成了粘土固体。如果没有盐，它仍然具有触变性-即摇动后往往会液化。与Encompass合作的Carl Fredrik Gyllenhammar博士说，这种特性意味着它可以适应地面的运动效果而不会使膨润土具有类似的特性，并且已经过测试，但由于膨胀（与快速粘土不同），它可以使油井破裂。 ICOE并经营着挪威公司Cama GeoScience，后者获得了斯塔万格国际研究所和斯塔万格大学对这一概念进行测试的研究资金。

搅拌时快速粘土会液化（照片：包含ICOE）

粘水泥
一些公司希望坚持使用水泥，但要对其进行改进。总部位于挪威的Well-Set正在研究磁流变水泥。班克斯说，这涉及到使用传统的水泥，但要控制水泥的凝固方式（流变性），方法是先用磁性颗粒浸渍水泥，然后再用磁场放置它，以更精确地控制水泥的凝固。这类似于汽车悬架中使用的过程，在该过程中，磁场会硬化悬架液压系统以实现“运动模式”。 OGTC已通过Well-Set支持了一项台式研究，目前正在进入由ConocoPhillips支持的第二阶段项目，其中包括全面测试和基准测试。

同时，在格拉斯哥的斯特拉斯克莱德大学，人们正在研究纳米微粒硅酸盐和生物灌浆技术。班克斯说：“随着时间的流逝，水泥将收缩，破裂和降解。” “环空长期保留屏障的能力是业界关注的问题。”尤其是因为没有办法重新修复它。因此，人们正在研究土木工程学的想法，包括生物泥浆，它使用在井下环境中沉积碳酸钙的酶。班克斯说：“与此同时，纳米级硅酸盐会进入水泥或裂缝中胶化，而没有抗压强度，”它具有保压能力，因此有助于密封井眼中可能存在的区域。流。”

英国的Resolute Energy Solutions正在开发另一种水泥适应性技术，该技术正在测试使用水泥中的添加剂，这些添加剂可扩大井底以消除收缩。他们正在OGTC的TechX计划中，以帮助加快工作速度。

测试，测试，测试
新设计的井壁阻隔材料面临的挑战是它们必须满足的标准。正如一些人断言的那样，水泥已经使用了几十年，是默认的，即使它不是完美的。如果要使用其他材料，则需要对其进行验证。挑战之一就是他们需要被证明要做的事情。

另一个挑战是，目前的井壁阻隔材料标准是基于水泥的。 “如果我们对适用于新材料的水泥进行同样的审查，水泥塞将很难解决。” Astrimar的研发工程师Brian Willis说。 “这些要求仍然是用坚定的心态写成的。根据水泥的价值和强度进行鉴定，而不是用塞子作为屏障。还没有做足够的工作来了解新的塞子可能如何失效以及如何影响密封井并保持在原位的性能。这意味着有些材料已经过推荐的资格鉴定和现场试验，并且现在正在遇到问题，并且很难确定出了什么问题，因为早期的资格鉴定并未像实际需要的那样广泛。

Astrimar开发了STEM流量预测分析工具，以帮助评估阻隔材料和P＆A设计的预期寿命。它是根据Astrimar在收集大量数据后建立的包括水泥在内的材料数据库创建的。它被用作Rawwater产品开发的一部分。威利斯说：“通过广泛的TRL4测试，与盖岩相比，铋合金的预期寿命大大提高了。”但是，他强调，这不仅与所部署的材料有关，还与材料及其密封材料之间的界面有关。 “实际上，行业还没有完全量化出真正的风险是什么。”他说，“监管者必须对此加以控制，这可能是受到整个社会压力的推动。”鉴于已经存在与任何油田活动无关的海底自然泄漏问题，关于什么程度的泄漏是可以接受的问题。

Rawwater一直在其位于英国的工厂进行广泛的车间测试。 （照片：原水）

新的（测试）装备
最近成立的国家退役中心（NDC）由阿伯丁大学石油与天然气技术中心提供部分资金，正在研究在其位于阿伯丁附近的纽堡中心建立一个试验室，该试验室可以对阻隔材料进行测试。

在苏格兰政府的退役挑战基金的资助下，NDC委托位于阿伯丁的工程公司Apollo Offshore Engineering设计了一个可在150°C和10,000 psi下测试阻隔材料的装置，其覆盖了英国大陆架（UKCS）的80％井。 20英寸内径的测试室将能够以可重复的方式容纳具有不同管子和套管（最大直径18¾英寸）的可模拟井中不同环空的滤芯。它还设计为模拟来自井或岩石的流入量以及通过环空的回流量。它甚至可以具有钢丝绳设备接口来模拟实际的井下条件。

一直在从事该项目的Richard Neilson博士表示，这将是一个非常独特的测试设施，其设计将结合包括开发人员和运营商在内的OGTC的替代阻隔材料协作组在内的行业意见。

尼尔森博士说：“目前正在开发多种阻隔技术，例如结合使用铝热剂和铝镁合金中的铝热剂，树脂和良好的结垢技术。” “一旦它落入井中，您可以做一些测试工作，例如放下仪器，例如上下的压力传感器。但是在某个时候，您想看看正在发生什么。我们可以设置一个插头并在压力下进行测试，然后再进行检查；所生成内容的形态。能够做到这一点有很大的优势。您可以证明这些材料可以达到井下条件下的预期效果。”

使用近几年来投资的计算机断层扫描（CT）扫描仪，可以在大学对材料进行进一步检查，这意味着可以看到材料的孔隙率。下一个挑战是要实现这一目标的资金。尼尔森博士说，有了这一点，它可以在大约18个月内建成。

国家退役中心的P＆A材料测试台设计。图片：NDC）

机械化
在井的布置领域，OGTC支持了Oilfield Innovations的初步工作，该公司是一家位于阿伯丁的初创公司，致力于寻找切割和压紧管材的方法，从而可以在不从井中清除材料的情况下打开岩石到岩石的部分。该公司于2017年对该概念进行了试验，并于去年与斯特拉斯克莱德大学合作，以更好地了解其中的一些流程。

OGTC还在系统开发阶段（台前测试）与基于阿伯丁的SPEX合作，使用可控炸药粉碎目标部分，然后将其击落。 OGTC还支持阿伯丁的另一家公司深套管工具，以开发其套管水泥破碎机工具–一种偏心辊，该钻头在井下运行以使套管变形并破坏水泥。这项技术是在今年早些时候与Equinor进行的一项试验中在海上运行的。 OGTC项目的目标是使其成为一种单程工具，能够一次切割，分解水泥然后锁紧。

还有更多。 OGTC的TechX技术加速器计划还包括Sentinel Subsea，这是一家开发碳氢化合物嗅探技术的公司，该技术将检测从井壁下方泄漏的任何预先放置物质的痕迹。在检测到时，信号将被发送到岸上，并指出井中泄漏的位置。

有很多事情要做，还有很多事情要做，还有很多问题要回答。幸运的是，有许多人正在尝试，还有更多的人要来。

图片：Interwell）